(57)【要約】【課題】  簡単な構造でありながらも、広い波長帯域で容易に波長分散を制御することができるフォトニック結晶ファイバ及びこれを利用する光伝送システムを提供する。【解決手段】  コア部１１と、コア部１１を包囲するクラッド部１２とを有し、コア部１１がクラッド部１２よりも高い屈折率を有すると共に、コア部１１の内部に直径ｄの空孔１１ａを間隔（ピッチ）Λで複数形成してフォトニック結晶ファイバ１０を構成した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部と、
前記コア部を包囲するクラッド部とを有し、
前記コア部が前記クラッド部よりも高い屈折率を有すると共に、
前記コア部の内部に空孔が複数形成されている
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項２】
請求項１において、
前記コア部が任意の屈折率分布を有する
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記コア部の前記空孔の直径が２．０μｍ以下である
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項４】
請求項１又は請求項２において、
隣り合う前記空孔の間の長さが２．０μｍ以下である
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかにおいて、
前記コア部と前記クラッド部との比屈折率差が１．０〜２．５％である
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかにおいて、
前記コア部の半径と複数形成された前記空孔の層の外周との間の長さが５．０μｍ以下である
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかにおいて、
前記空孔が前記コア部に円環状又は正多角形状に周期的に配置されている
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかにおいて、
前記コア部の屈折率よりも低い屈折率を有する媒質が前記空孔の内部に満たされている
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかにおいて、
波長１４６０〜１６２５ｎｍにおける波長分散が−１２．５〜１２．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍである
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれかにおいて、
波長１３１０ｎｍにおける波長分散が３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上である
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項１１】
請求項１から請求項８のいずれかにおいて、
波長１５５０ｎｍにおける波長分散が−３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以下である
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項１２】
請求項１から請求項９のいずれかのフォトニック結晶ファイバが光伝送路に用いられている
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項１３】
波長１３１０ｎｍで負の分散をもつ光伝送路の前段及び後段の少なくとも一方に請求項１０のフォトニック結晶ファイバを分散補償ファイバとして用いている
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項１４】
波長１５５０ｎｍで正の分散をもつ光伝送路の前段及び後段の少なくとも一方に請求項１１のフォトニック結晶ファイバを分散補償ファイバとして用いている
ことを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶ファイバ及びこれを利用する光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高速度の光伝送システムにおいては、累積分散による光信号の歪が問題となるため、通信波長帯で波長分散を低減した光ファイバが今までに各種開発されている。例えば、３層以上の屈折率の異なる層からなる構成とすることによって、分散フラットファイバや分散補償ファイバとして好適な特性をもつ光ファイバや、下記の特許文献１等に記載されているように、多数の空孔を有するフォトニック結晶ファイバ構造を用いて、分散特性の設計自由度の高い分散フラットファイバ及び分散補償ファイバ等がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２５５１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述したような従来の光ファイバにおいて、屈折率分布を用いて広い波長帯で波長分散を制御する場合には、屈折率分布が非常に複雑化するという問題があり、また、フォトニック結晶ファイバ構造を用いて波長分散を制御する場合には、非常に多くの空孔が必要となると共に、空孔の配置方法が複雑化するという問題があった。
【０００５】
このようなことから、本発明は、簡単な構造でありながらも、広い波長帯域で容易に波長分散を制御することができるフォトニック結晶ファイバ及びこれを利用する光伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、コア部と、前記コア部を包囲するクラッド部とを有し、前記コア部が前記クラッド部よりも高い屈折率を有すると共に、前記コア部の内部に空孔が複数形成されていることを特徴とする。
【０００７】
第二番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第一番目の発明において、前記コア部が任意の屈折率分布を有することを特徴とする。
【０００８】
第三番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第一番目又は第二番目の発明において、前記コア部の前記空孔の直径が２．０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
第四番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第一番目又は第二番目の発明において、隣り合う前記空孔の間隔が２．０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
第五番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記コア部と前記クラッド部との比屈折率差が１．０〜２．５％であることを特徴とする。
【００１１】
第六番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記コア部の半径と複数形成された前記空孔の層の外周との間の長さが５．０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】
第七番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第一番目から第六番目の発明のいずれかにおいて、前記空孔が前記コア部に円環状又は正多角形状に周期的に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
第八番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第一番目から第七番目の発明のいずれかにおいて、前記コア部の屈折率よりも低い屈折率を有する媒質が前記空孔の内部に満たされていることを特徴とする。
【００１４】
第九番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第一番目から第八番目の発明のいずれかにおいて、波長１４６０〜１６２５ｎｍにおける波長分散が−１２．５〜１２．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍであることを特徴とする。
【００１５】
第十番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第一番目から第八番目の発明のいずれかにおいて、波長１３１０ｎｍにおける波長分散が３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上であることを特徴とする。
【００１６】
第十番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第一番目から第八番目の発明のいずれかにおいて、波長１５５０ｎｍにおける波長分散が−３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
また、前述した課題を解決するための、第十一番目の発明に係る光伝送システムは、第一番目から第九番目の発明のいずれかに係るフォトニック結晶ファイバが光伝送路に用いられていることを特徴とする。
【００１８】
第十二番目の発明に係る光伝送システムは、波長１３１０ｎｍで負の分散をもつ光伝送路の前段及び後段の少なくとも一方に第十番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバを分散補償ファイバとして用いていることを特徴とする。
【００１９】
第十三番目の発明に係る光伝送システムは、波長１５５０ｎｍで正の分散をもつ光伝送路の前段及び後段の少なくとも一方に第十一番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバを分散補償ファイバとして用いていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るフォトニック結晶ファイバによれば、コア部とクラッド部を有し、コア部に複数の空孔を配置した構造をなしているので、簡単な構造でありながらも、広い波長帯で容易に波長分散を制御することができる。
【００２１】
また、本発明に係るフォトニック結晶ファイバを利用する光伝送システムによれば、波長多重伝送時における伝送特性を向上させることができる。
【００２２】
特に、本発明に係るフォトニック結晶ファイバを、波長１５５０ｎｍで正の分散をもつ光伝送路の分散補償ファイバや、波長１３１０ｎｍで負の分散をもつ光伝送路の分散補償ファイバとして用いると、当該波長帯における光伝送路の伝送特性を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係るフォトニック結晶ファイバ及びこれを利用する光伝送システムの実施形態を図面に基づいて以下に説明する。
【００２４】
図１に、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバの概略構造及びその屈折率分布を示す。図１に示すように、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０は、コア部１１と、前記コア部１１を包囲するクラッド部１２とを有し、前記コア部１１が前記クラッド部１２よりも高い屈折率を有すると共に、前記コア部１１の内部に直径ｄの空孔１１ａが間隔（ピッチ）Λで複数形成されたものである。
【００２５】
ここで、コア部１１の屈折率をｎ1とし、クラッド部１２の屈折率をｎ2とし、コア部１１とクラッド部１２との比屈折率差Δを次式で定義する。
【００２６】
Δ≡（ｎ12−ｎ22）／（２ｎ12）
【００２７】
本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０は、コア部１１の内部の前記空孔１１ａによって高い分散性を示すため、当該空孔１１ａの配置方法や大きさを変えることにより、波長分散を広い波長帯で容易に制御することができる。なお、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０は、図１に示すように、コア部１１の屈折率分布が均一なものに限らず、コア部１１の屈折率分布がその他の任意のものであっても同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０は、前記空孔１１ａの直径ｄを２μｍ以下、又は、隣り合う前記空孔１１ａの間の長さδ（＝Λ−ｄ）を２μｍ以下としている。光が伝搬する領域内に通信帯の波長と同程度又はそれ以下の大きさの空孔１１ａが複数存在することで、伝搬光は通信波長帯において非常に大きな構造分散を受ける。同様に、空孔１１ａが通信帯の波長と同程度またはそれ以下の間隔で配置されていることで、伝搬光は通信波長帯で非常に大きな構造分散を受ける。したがって、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０においては、コア部１１に形成される空孔１１ａの配置や大きさを適切に設計することにより、波長分散を容易に制御することができる。
【００２９】
図２に、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０における、コア部１１の半径ａと複数形成された空孔１１ａの層の外周と間の長さ（差）ｒに対する波長分散の構造依存特性を示す。なお、前記間隔Λを２．６μｍとし、前記直径ｄを０．５２μｍとし、前記比屈折率差Δを１．０％とし、波長λを１５５０ｎｍとした。図２からわかるように、前記差ｒが大きくなると、波長分散が材料分散に近づき、空孔１１ａによる構造分散が小さくなる。空孔１１ａによる構造分散を大きくするためには、前記差ｒを５μｍ以下にすると好ましいことがわかる。
【００３０】
図３に、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０における比屈折率差Δに対する閉込め損失特性を示す。なお、前記間隔Λを２．６μｍとし、前記直径ｄを０．５２μｍとし、前記半径ａを６．８μｍとし、波長λを１５５０ｎｍとした。図３からわかるように、前記比屈折率差Δが小さくなると、損失が増加する。本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０は、空孔１１ａがコア部１１の屈折率ｎ1を実効的に下げるため、前記比屈折率差Δが低い場合、実効的な比屈折率差Δが小さくなり、クラッド部１２への漏洩が増加する。前記比屈折率差Δを１．０％以上とすると、閉込め損失を０．１ｄＢ／ｋｍ以下とすることができ、クラッド部１２への漏洩を減少させることができる。なお、製造上の実現性を考慮すると、前記比屈折率差Δを２．５％以下にすると好ましい。
【００３１】
〈第一応用例〉
図４に、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０の第一応用例の波長分散特性を示す。なお、図４は、前記間隔Λを２．６μｍとし、前記直径ｄを０．５２μｍとし、前記半径ａを６．２５μｍとし、前記比屈折率差Δを１．０％としたときの波長分散特性を表わしている。
【００３２】
図４からわかるように、本応用例の場合、光通信における通信波長帯（波長１４６０〜１６２５ｎｍ）での波長分散は、平均値が−０．３９ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ、変動量が１．０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍとなり、共に小さな値を示すことから、分散フラットファイバとして好適な特性を発現できるといえる。当該波長帯において、１０Ｇｂｉｔ／ｓで光伝送を行う場合、累積分散が１０００ｐｓ／ｎｍ・ｋｍを超えると、伝送歪による信号誤りが発生する。長距離伝送を考えた場合、中継距離は８０ｋｍ程度であり、単位あたりの波長分散の絶対値は当該波長帯において１２．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
図５に、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０の上記第一応用例を光伝送路１１１として光伝送システム１１０に利用した場合の概略構成を示す。本実施形態に係る光伝送システム１００は、通信波長帯全体で低い波長分散特性を得ることができるため、当該波長帯における波長多重伝送において、波長分散による光信号の歪を軽減することができる。なお、図５において、１１２は送信機、１１３は受信機である。
【００３４】
〈第二応用例〉
図６に、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０の第二応用例の波長分散特性を示す。なお、図６は、前記間隔Λを２．５μｍとし、前記直径ｄを１．０μｍとし、前記半径ａを６．２５μｍとし、前記比屈折率差Δを１．５％としたときの波長分散特性を表わしている。
【００３５】
図６からわかるように、本応用例の場合、波長１３１０ｎｍにおける波長分散は、３８．２ｐｓ／ｎｍ・ｋｍであり、当該波長帯で負の波長分散をもつ光伝送路に対する分散補償ファイバとして好適な特性を有するといえる。
【００３６】
図７に、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０の上記第二応用例を波長１３１０ｎｍでの分散補償ファイバ１２１として光伝送システム１２０に利用した場合の概略構成を示す。本実施形態に係る光伝送システム１２０は、波長１３１０ｎｍで大きな正の波長分散特性を得ることができるため、当該波長帯で負の波長分散を有する光伝送路１２４の累積分散を相殺することができる。したがって、波長１３１０ｎｍで負の波長分散を有する光伝送路１２４の伝送特性を改善することができる。
【００３７】
なお、図７においては、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０の前記第二応用例を光伝送路１２４の後段に分散補償ファイバ１２１として配置した場合を示したが、これに限らず、光伝送路１２４の前段に配置することや、光伝送路１２４の前段及び後段の両方に配置することでも、上述と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０の上記第二応用例は、送信器１１２や受信器１１３の構成部材に適用することもできるし、中継器等の構成部材に適用することもできる。
【００３８】
〈第三応用例〉
また、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバは、図１に示すように、コア部１１が、空孔１１ａの層に囲まれる範囲の第一のコア領域１１Ａと、空孔１１ａの層の外側とクラッド部１２との間の第二のコア領域１１Ｂとを有している、と考えることができる。
【００３９】
このように同心円状に２つのコア領域１１Ａ，１１Ｂをもつ構造は、特定の波長において大きな負の分散を示すスーパーモード現象を生じることが知られている。加えて、空孔１１ａによる大きな構造分散もあるため、スーパーモード現象と空孔１１ａによる構造分散との組合せで、所望の波長で大きな負の分散が得られると共に、広帯域な波長帯で波長分散を制御することができる。なお、前述した第一応用例では、スーパーモード現象が起きる波長を通信波長帯の外に設定し、上記第一のコア領域１１Ａが支配的になるように設計している。
【００４０】
図８に、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０の第三応用例の波長分散特性を示す。なお、図８は、前記間隔Λを２．５μｍとし、前記直径ｄを０．７μｍとし、前記半径ａを６．２５μｍとし、前記比屈折率差Δを１．０％としたときの波長分散特性を表わしている。
【００４１】
図８からわかるように、本応用例の場合、波長１５５０ｎｍにおける波長分散は、−１０４．９ｐｓ／ｎｍ・ｋｍであり、当該波長帯で正の波長分散をもつ光伝送路に対する分散補償ファイバとして好適な特性を有するといえる。
【００４２】
図９に、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０の上記第三応用例を波長１５５０ｎｍでの分散補償ファイバ１３１として光伝送システム１３０に利用した場合の概略構成を示す。本実施形態に係る光伝送システム１３０は、波長１５５０ｎｍで大きな負の波長分散特性を得ることができるため、当該波長帯で正の波長分散を有する光伝送路１３４の累積分散を相殺することができる。したがって、波長１５５０ｎｍで正の波長分散を有する光伝送路１３４の伝送特性を改善することができる。
【００４３】
なお、図９においては、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０の前記第三応用例を光伝送路１３４の後段に分散補償ファイバ１３１として配置した場合を示したが、これに限らず、光伝送路１３４の前段に配置することや、光伝送路１３４の前段及び後段の両方に配置することでも、上述と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０の上記第三応用例は、送信器１１２や受信器１１３の構成部材に適用することもできるし、中継器等の構成部材に適用することもできる。
【００４４】
〈他の実施形態〉
本発明に係るフォトニック結晶ファイバ及びこれを利用する光伝送システムの上述した実施形態は例示であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００４５】
例えば、前述した実施形態では、図１に示したように、コア部１１の空孔１１ａの層の数を２つとしたが、コア部１１の空孔１１ａの層の数を１つ又は３つ以上とすることも可能である。また、前述した実施形態では、図１に示したように、コア部１１の空孔１１ａを正六角形状に配列するようにしたが、円環状または他の正多角形状に配列することも可能である。また、コア部１１の空孔１１ａの内部に、当該コア部１１を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率の媒質を満たすようにすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係るフォトニック結晶ファイバ及びこれを利用する光伝送システムは、広い波長帯域で容易に波長分散を制御することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係るフォトニック結晶ファイバの実施形態の概略構造及びその屈折率分布を示す図である。
【図２】本発明に係るフォトニック結晶ファイバの実施形態における、コア部の半径と複数形成された空孔の層の外周との差ｒに対する波長分散の構造依存特性を示すグラフである。
【図３】本発明に係るフォトニック結晶ファイバの実施形態における、比屈折率差Δに対する閉込め損失特性を示すグラフである。
【図４】本発明に係るフォトニック結晶ファイバの実施形態の第一応用例の波長分散特性を示すグラフである。
【図５】本発明に係るフォトニック結晶ファイバの実施形態の第一応用例を光伝送路として光伝送システムに利用した場合の概略構成図である。
【図６】本発明に係るフォトニック結晶ファイバの実施形態の第二応用例の波長分散特性を示すグラフである。
【図７】本発明に係るフォトニック結晶ファイバの実施形態の第二応用例を波長１３１０ｎｍでの分散補償ファイバとして光伝送システムに利用した場合の概略構成である。
【図８】本発明に係るフォトニック結晶ファイバの実施形態の第三応用例の波長分散特性を示すグラフである。
【図９】本発明に係るフォトニック結晶ファイバの実施形態の第三応用例を波長１５５０ｎｍでの分散補償ファイバとして光伝送システムに利用した場合の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  フォトニック結晶ファイバ
１１  コア部
１１ａ  空孔
１１Ａ  第一のコア領域
１１Ｂ  第二のコア領域
１２  クラッド部
１１０  光伝送システム
１１１  光伝送路
１１２  送信機
１１３  受信機
１２０  光伝送システム
１２１  分散補償ファイバ
１２４  光伝送路
１３０  光伝送システム
１３１  分散補償ファイバ
１３４  光伝送路
ａ  コア部の半径
Λ  空孔の間隔（ピッチ）
ｄ  空孔の直径
δ  隣り合う空孔の間の長さ
ｒ  コア部の半径と複数形成された空孔の層の外周と間の長さ（差）
ｎ1  コア部の屈折率
ｎ2  クラッド部の屈折率
ｎ0  空孔の屈折率
【図１】
2007025087.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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